Vamos falar sobre o que é transferência de calor. Este termo refere-se ao processo de transferência de energia na matéria. Caracteriza-se por um mecanismo complexo, descrito pela equação do calor.
Variedades de transferência de calor
Como é classificada a transferência de calor? Condução de calor, convecção, radiação são os três modos de transferência de energia que existem na natureza.
Cada um deles tem suas próprias características, recursos e aplicações em tecnologia.
Condutividade térmica
A quantidade de calor é entendida como a soma da energia cinética das moléculas. Quando colidem, são capazes de transferir parte de seu calor para partículas frias. A condutividade térmica é manifestada ao máximo em sólidos, menos típica para líquidos, absolutamente não típica para substâncias gasosas.
Como exemplo que confirma a capacidade dos sólidos de transferir calor de uma área para outra, considere o seguinte experimento.
Se você fixar botões de metal em um fio de aço, então traga a ponta do fio para uma lâmpada de espírito ardente, gradualmente os botões começarão a cair dela. Quando aquecidas, as moléculas começam a se mover em uma velocidade mais rápida, mais frequentementecolidem entre si. São essas partículas que fornecem energia e calor às regiões mais frias. Se líquidos e gases não fornecem uma saída de calor suficientemente rápida, isso leva a um aumento acentuado no gradiente de temperatura na região quente.
Radiação de calor
Respondendo a questão de que tipo de transferência de calor é acompanhada por transferência de energia, é necessário observar este método específico. A transferência radiante envolve a transferência de energia por radiação eletromagnética. Esta variante é observada a uma temperatura de 4000 K e é descrita pela equação de condução de calor. O coeficiente de absorção depende da composição química, temperatura, densidade de um determinado gás.
A transferência de calor do ar tem um certo limite, com um aumento no fluxo de energia, o gradiente de temperatura aumenta, o coeficiente de absorção aumenta. Após o valor do gradiente de temperatura exceder o gradiente adiabático, ocorrerá a convecção.
O que é transferência de calor? Este é o processo físico de transferência de energia de um objeto quente para um frio por contato direto ou através de uma divisória que separa os materiais.
Se os corpos de um mesmo sistema têm temperaturas diferentes, então o processo de transferência de energia ocorre até que o equilíbrio termodinâmico seja estabelecido entre eles.
Recursos de transferência de calor
O que é transferência de calor? Quais são as características desse fenômeno? Você não pode pará-lo completamente, você só podereduzir sua velocidade? A transferência de calor é usada na natureza e na tecnologia? É a transferência de calor que acompanha e caracteriza muitos fenômenos naturais: a evolução de planetas e estrelas, processos meteorológicos na superfície do nosso planeta. Por exemplo, junto com a troca de massa, o processo de transferência de calor permite analisar resfriamento evaporativo, secagem, difusão. É realizado entre dois transportadores de energia térmica através de uma parede sólida, que atua como interface entre os corpos.
A transferência de calor na natureza e na tecnologia é uma forma de caracterizar o estado de um corpo individual, analisando as propriedades de um sistema termodinâmico.
Lei de Fourier
É chamada de lei da condução de calor, porque relaciona a potência total de perda de calor, diferença de temperatura com a área da seção transversal do paralelepípedo, seu comprimento e também com o coeficiente de condutividade térmica. Por exemplo, para um vácuo, esse indicador é quase zero. A razão para este fenômeno é a concentração mínima de partículas de material no vácuo que podem transportar calor. Apesar dessa característica, no vácuo existe uma variante de transferência de energia por radiação. Considere o uso de transferência de calor com base em uma garrafa térmica. Suas paredes são dobradas para aumentar o processo de reflexão. O ar é bombeado entre eles, reduzindo a perda de calor.
Convecção
Respondendo à pergunta sobre o que é transferência de calor, considere o processo de transferência de calor em líquidosou em gases por mistura espontânea ou forçada. No caso de convecção forçada, o movimento da matéria é causado pela ação de forças externas: pás do ventilador, bomba. Uma opção semelhante é usada em situações em que a convecção natural não é eficaz.
Um processo natural é observado nos casos em que, com aquecimento desigual, as camadas inferiores da substância são aquecidas. Sua densidade diminui, eles sobem. As camadas superiores, ao contrário, esfriam, tornam-se mais pesadas e afundam. Além disso, o processo é repetido várias vezes e, durante a mistura, observa-se a auto-organização na estrutura dos vórtices, uma rede regular é formada a partir das células de convecção.
Devido à convecção natural, as nuvens se formam, a precipitação cai e as placas tectônicas se movem. É por convecção que os grânulos são formados no Sol.
O uso adequado da transferência de calor garante perda mínima de calor, consumo máximo.
A essência da convecção
Para explicar a convecção, você pode usar a lei de Arquimedes, bem como a expansão térmica de sólidos e líquidos. À medida que a temperatura aumenta, o volume do líquido aumenta e a densidade diminui. Sob a influência da força de Arquimedes, um líquido mais leve (aquecido) tende para cima e camadas frias (densas) caem, aquecendo gradualmente.
Quando o líquido é aquecido por cima, o líquido quente permanece em sua posição original, então não há convecção. É assim que o ciclo funcionafluido, que é acompanhado pela transferência de energia de áreas quentes para lugares frios. Nos gases, a convecção ocorre de acordo com um mecanismo semelhante.
Do ponto de vista termodinâmico, a convecção é considerada uma variante da transferência de calor, na qual a transferência de energia interna ocorre por fluxos separados de substâncias aquecidas de forma desigual. Um fenômeno semelhante ocorre na natureza e na vida cotidiana. Por exemplo, os radiadores de aquecimento são instalados a uma altura mínima do chão, perto do parapeito da janela.
O ar frio é aquecido pela bateria, depois sobe gradualmente, onde se mistura com as massas de ar frio que descem da janela. A convecção leva ao estabelecimento de uma temperatura uniforme na sala.
Entre os exemplos comuns de convecção atmosférica estão os ventos: monções, brisas. O ar que aquece sobre alguns fragmentos da Terra esfria sobre outros, pelo que circula, a umidade e a energia são transferidas.
Características da convecção natural
É influenciado por vários fatores ao mesmo tempo. Por exemplo, a taxa de convecção natural é afetada pelo movimento diário da Terra, correntes marítimas e topografia da superfície. É a convecção que é a base para a saída de crateras de vulcões e cachimbos de fumaça, a formação de montanhas, o vôo de vários pássaros.
Em conclusão
A radiação térmica é um processo eletromagnético com espectro contínuo, que é emitido pela matéria, ocorre devido à energia interna. Para realizar cálculos de radiação térmica, emA física usa o modelo do corpo negro. Descreva a radiação térmica usando a lei de Stefan-Boltzmann. O poder de radiação de tal corpo é diretamente proporcional à área da superfície e à temperatura do corpo, elevado à quarta potência.
A condutividade térmica é possível em qualquer corpo que tenha uma distribuição de temperatura não uniforme. A essência do fenômeno é a mudança na energia cinética de moléculas e átomos, que determina a temperatura do corpo. Em alguns casos, a condutividade térmica é considerada a capacidade quantitativa de uma determinada substância de conduzir calor.
Processos de troca de energia térmica em larga escala não se limitam ao aquecimento da superfície terrestre pela radiação solar.
Correntes de convecção severas na atmosfera terrestre são caracterizadas por mudanças nas condições climáticas em todo o planeta. Com as diferenças de temperatura na atmosfera entre as regiões polar e equatorial, surgem os fluxos de convecção: correntes de jato, ventos alísios, frentes frias e quentes.
A transferência de calor do núcleo da Terra para a superfície causa erupções vulcânicas, a ocorrência de gêiseres. Em muitas regiões, a energia geotérmica é usada para gerar eletricidade, aquecer instalações residenciais e industriais.
É o calor que se torna um participante obrigatório em muitas tecnologias de produção. Por exemplo, processamento e fundição de metais, fabricação de alimentos, refino de petróleo, operação de motores - tudo isso é realizado apenas na presença de energia térmica.
